專利名稱：具有可控可逆粘度的新型流體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體組合物，其粘度可以仔細地調(diào)節(jié)從非常低的粘度到成為進一步流動的障礙的足夠高的粘度。更具體地，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)向流體，其用于增產(chǎn)含烴地層，即增加該地層中油/氣的產(chǎn)量。
背景技術(shù)：
通過鉆探穿透含烴地層的井、并且因此產(chǎn)生壓力梯度迫使流體從地下的地質(zhì)地層(即，油藏)中流向該井、可從油藏中獲得烴類(石油、天然氣等)。通常，井的產(chǎn)量受制于低的滲透率，造成這樣的原因是天然致密地層，或是從諸如鉆探、清理等初期井處理中通常產(chǎn)生的地層損傷。
為了增加油藏的凈滲透率，通常進行井增產(chǎn)。最普遍的增產(chǎn)技術(shù)包括注入酸、該酸反應(yīng)并溶解地層損傷或地層的部分，從而為烴類創(chuàng)造出可選的流動路徑以從地層中遷移到井中。如果注入速率和壓力足夠?qū)е乱l(fā)油藏的地層破裂，這項酸化處理技術(shù)可能最終會與破裂聯(lián)系到一起。
流體灌注是增產(chǎn)處理成功的關(guān)鍵。天然的油藏通常是非均相的，酸性流體會優(yōu)先進入較高滲透率的地方而不是對最需要處理地區(qū)的處理；類似地，由于較低程度的損傷或較高的滲透率，酸處理傾向于去除易于到達的損傷。酸性流體各個所增添的容量沿著阻力較低的路徑流動，因而無法去除最重要的損傷。酸反應(yīng)非常地迅速導(dǎo)致幾乎立即被用盡、因而不能提供對未處理地區(qū)的處理，通過該事實，流體灌注的關(guān)鍵特征被惡化。
為了控制處理流體灌注，已經(jīng)應(yīng)用了各種技術(shù)。機械技術(shù)包括，例如使用密封球和封隔器、以及使用卷繞油管灌注以在橫穿有利的區(qū)域上具體地確定流體。非機械技術(shù)通常使用凝膠劑作為轉(zhuǎn)向劑，以用于暫時性地損害較高滲透率地區(qū)和提高落入低滲透率地區(qū)的處理區(qū)域的比例。當(dāng)然，轉(zhuǎn)向劑自身不應(yīng)損傷油藏，因此，在酸處理后可容易地除去轉(zhuǎn)向劑，使得較高滲透率區(qū)域保持不變是重要的。
最商品化的化學(xué)轉(zhuǎn)向劑是基于交聯(lián)的聚合物。不幸的是，這些體系在地層中留下會損傷地層的殘余物，導(dǎo)致烴類產(chǎn)量的減少；另外，交聯(lián)反應(yīng)容易受到地層化學(xué)，泵設(shè)備中的污染物等的干擾。
使用自轉(zhuǎn)向酸(self-diverting acid)也是眾所周知的，該自轉(zhuǎn)向酸通常由鹽酸混合著凝膠劑和pH值敏感交聯(lián)劑組成。自轉(zhuǎn)向酸通常被設(shè)計成在中間的pH值時發(fā)生凝膠化，此時酸被部分地消耗掉；自轉(zhuǎn)向體系不是基于交聯(lián)化學(xué)，而是通過交聯(lián)化學(xué)依賴于粘彈性的表面活性劑；自轉(zhuǎn)向體系在美國專利4,695,389中描述過(也參見，美國專利4,324,669和英國專利2,012,830,在此全部引用)---其具有本申請的共同受讓人?；谡硰椥缘谋砻婊钚詣w系表現(xiàn)出非常低的摩擦壓力，因而易于用泵送和形成井底凝膠。美國專利4,695,389公開了用于酸壓裂(acid fracturing)的基于粘彈性表面活性劑的凝膠劑，特別優(yōu)選的實施方案是包含N，N-雙(2-羥乙基)脂肪胺乙酸鹽(凝膠劑)、堿金屬乙酸鹽、乙酸(該酸實際上從地層里除去損傷)和水的流體。
改進的自轉(zhuǎn)向體系在美國專利申請09/419,842中描述過，其具有本申請的共同受讓人以及在相應(yīng)的國際專利申請WO 01/29369中描述過。這個申請，在此引為參考，提供了適合酸處理的制劑，它包含有兩親表面活性劑，該表面活性劑在活化量的共表面活性劑和通過酸與地層反應(yīng)而生成的多價陽離子存在下凝膠化；當(dāng)該凝膠劑與鹽酸混合時，共表面活性劑防止溶液凝膠化，當(dāng)pH值增大到2以上時溶液凝膠化。
在優(yōu)選的實施方案中，兩親表面活性劑是含有下述分子式的油基丙基甜菜堿，并且共表面活性劑優(yōu)選地是十二烷基苯磺酸鈉， 從美國專利申請09/419,842和其相應(yīng)的國際專利申請WO 01/29369中已知的組合物，由于溫度的限制，其商業(yè)應(yīng)用有限。具體而言，基于油酰胺基丙基甜菜堿和十二烷基苯磺酸鈉的制劑只能用于大約200°F(93℃)以下，而碳酸鹽酸化處理市場需要的溫度高達約300°F(約150℃)。
因此本發(fā)明的目的是提供新的具有改進溫度穩(wěn)定性的自轉(zhuǎn)向酸的制劑。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，提供增產(chǎn)地下烴類油藏的方法，其包含用處理流體接觸地層，該流體由以下組成酸、瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿(或者其質(zhì)子化、去質(zhì)子化，同系物或其鹽)、正醇，通常選自甲醇和/或乙醇，最優(yōu)選地是甲醇。本發(fā)明的制劑也可能包含各種標(biāo)準(zhǔn)添加劑如腐蝕抑制劑、非乳化劑和鐵控制劑。
如同從美國專利申請09/419,842中已知的組合物，隨著將酸加至由水和粘彈性表面活性劑(瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿)組成的堿性流體，本發(fā)明的組合物表現(xiàn)出接近類似水的粘度。當(dāng)酸被消耗在與碳酸鹽地層的反應(yīng)中時，粘性的凝膠開始形成，該凝膠保持高粘度因而在泵送中可以實現(xiàn)連續(xù)的轉(zhuǎn)向；這項工作完成后重新開始烴類生產(chǎn)，生產(chǎn)出的烴類使該凝膠的粘度降低到接近于類似水的粘度，不會留下任何殘余物。
本發(fā)明中最優(yōu)選的組合物包含甲醇，優(yōu)選的甲醇濃度按體積計在約0.1％到約10％之間；最優(yōu)選的甲醇濃度按體積計在約1％到2％之間。甲醇基本上表現(xiàn)兩種功能它補充在混合泵送之前的流體中任何醇類溶劑的流失(接收到的BET-E含有約22％的異丙醇，然而，加入更多的異丙醇將會在高溫下對流體粘度產(chǎn)生負作用，被消耗酸中的BET-E需要確定的醇濃度范圍以具有最佳的流體性能)和提高高溫下高濃度的消耗酸中的BET-E表面活性劑的溶解度，以防止表面活性劑從鹽水溶液中潛在的相分離，從而改進高溫下的凝膠穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明中的體系不需要添加共表面活性劑。在多數(shù)情形下，具有較短碳氫鏈的共表面活性劑降低了高溫下凝膠穩(wěn)定性。
所述酸選自鹽酸、鹽酸和氫氟酸的混合物、氟硼酸、硝酸、磷酸、馬來酸、檸檬酸、乙酸和富馬酸。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，所述酸是鹽酸并且加入的鹽酸濃度在按重量計約3％到約28％之間，最典型的濃度在約15％到約28％之間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，加入的粘彈性的表面活性劑的濃度以按所活性物質(zhì)的重量計約1％到約4％之間(表面活性劑通常在溶液中釋放)，最優(yōu)選地，表面活性劑在按重量約2到約3％之間的活性濃度下加入。更高的濃度也可以使用，取決于地層的滲透率范圍和差別。
在最優(yōu)選的實施方案中，對于在井底約25℃到約150℃的靜態(tài)溫度范圍的應(yīng)用，推薦包含3％重量的粘彈性表面活性劑和1％體積的甲醇的制劑。
與其他的轉(zhuǎn)向材料不同，本發(fā)明的流體可以作為能在一個步驟中增產(chǎn)和轉(zhuǎn)向的單一流體進行泵送，流體可以沿著油管整體向下灌入，或者按照優(yōu)選實施方案，在注入酸性制劑時使用上下移動的卷繞油管灌注流體。根據(jù)另一個實施方案，該流體分幾個階段泵送，與常規(guī)的酸階段交替。
作為酸處理的規(guī)則，所述制劑通常包含有腐蝕抑制劑，最優(yōu)選地基于季銨類。通常可加入的其它試劑，例如非乳化劑和鐵還原劑、螯合劑。值得注意的是本發(fā)明的制劑對鐵敏感，特別是三價鐵離子。因此推薦在酸處理前使用鐵還原劑和螯合劑預(yù)沖洗處理。雖然本發(fā)明的制劑能夠與小濃度的非乳化試劑相容，但是為防止乳化和淤積，用互溶劑預(yù)沖洗井也是好的慣例。優(yōu)選的互溶劑是低分子量的酯、醚和醇，更優(yōu)選為乙二醇單丁基醚。
雖然本發(fā)明主要針對基巖酸化處理，但它整體適用于緊密相關(guān)的增產(chǎn)技術(shù)、酸壓裂，該技術(shù)非常相似但包括在足夠破裂地層的壓力或在高于此壓力(最小原生巖石壓)下用泵輸送酸。出于方便考慮，此處關(guān)注基巖酸化處理。
附圖簡述通過參照所附的詳細描述和附圖，本發(fā)明以上或者其他目的、特征和優(yōu)點將被更好地理解。


圖1A和1B顯示以作為HCl消耗為函數(shù)的，包含瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿的溶液的粘度曲線圖(X軸是所消耗掉的HCl的百分比，從15％(1A)和20％(1B)開始，換句話說，圖1B所示的8％表明溶液中還有12％的HCl)；圖2顯示從室溫到約150℃的溫度范圍內(nèi)，有或者沒有添加甲醇的兩種凝膠，在40sec-1的剪切速率下的粘度曲線圖；圖3顯示以溫度和剪切速率函數(shù)的，有或者沒有添加甲醇的凝膠的粘度曲線圖；圖4顯示以溫度函數(shù)的，具有各種濃度的甲醇的各種凝膠的粘度曲線圖；圖5顯示對于包含有28％的消耗HCl的凝膠而言，沒有醇、有甲醇和有乙醇的凝膠的比較粘度曲線圖；圖6顯示對于包含有15％的消耗HCl的凝膠而言，沒有醇、有甲醇和有乙醇的凝膠的比較粘度曲線圖；圖7顯示以溫度函數(shù)的，有各種濃度的異丙醇的各種消耗凝膠的粘度曲線圖；圖8顯示以溫度函數(shù)的，有各種濃度的甲醇的各種消耗凝膠的粘度曲線圖；具體實施方案本發(fā)明的組合物是瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿，它是具有下述通式的兩親表面活性劑， 圖1A和1B說明了在酸消耗過程中包含有瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿的溶液的粘度發(fā)展?fàn)顩r。圖1A的測試在室溫下進行，所用的溶液包含有15％的HCl和3wt％的瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿；對于圖1B的第二測試，溶液包含有20％的HCl和3wt％的瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿。需要注意的是在兩個圖中，X軸是從15％(圖1-A)和20％(圖1-B)開始表示所消耗掉的HCl的百分比。換句話說，在圖1B中，圖中所示的8％表明溶液中還有12％的HCl。粘度是在170s-1的剪切速率下測量的，消耗剛一開始，粘度就增加，需要注意的是，在實際中，凝膠后來被地下地層的烴類破壞。
圖2-A顯示在高溫下的凝膠粘度(用對數(shù)表示)。該凝膠制備如下首先向20％的，有或者沒有甲醇的HCl中，加入0.6％的腐蝕抑制劑和2％的腐蝕抑制劑輔劑；然后表面活性劑以按重量3％的活性濃度加入；很好地分散后，在180°F下該混合物接著與CaCO3粉末反應(yīng)直到酸被中，pH值為3.5到4，pH值達到2到2.5時形成粘彈性的凝膠。該凝膠裝載到Fann 50流變儀中，在40sec-1的剪切速率下測量特定溫度下的粘度(以厘泊或毫帕秒為單位)不合甲醇的凝膠的粘度曲線用虛線代表，在120°F到130°F(約50℃)的溫度范圍之間時該凝膠到達粘度峰值。在更高溫度下，粘度劇烈下降，緊接著是從150°F到200°F(約65℃到約93℃)的接近100cP的下降的平坦區(qū)。甲醇的加入(實線)在較低溫度下對凝膠的質(zhì)量有害，但有助于擴展凝膠表現(xiàn)出最大粘度的溫度。
圖2-B顯示出在升高的溫度下、100sec-1的剪切速率下的凝膠粘度。該凝膠制備如下制備有或者沒有甲醇的42％的CaCl2溶液(模擬28％的HCl被CaCO3消耗)，表面活性劑以按重量計3％的活性濃度加入到該溶液。不含甲醇的凝膠的粘度曲線用虛線代表，溫度為約150°F和130°F(約65℃)時該凝膠到達粘度峰值。在更高溫度下，粘度劇烈下降，緊接著是接近200°F(約93℃)的下降的平坦區(qū)。本測試中，甲醇的加入(實線)在較低溫度和較高溫度下有利于凝膠的質(zhì)量。
圖3中，給出了不同剪切速率下(40、100和170sec-1)凝膠的粘度。凝膠按照與圖2-A的實施例描述的相同方式制備，不同在于起始HCl的濃度，在本實施例中使用的HCl的濃度是28％，而在前面的實施例中消耗前的酸濃度為20％。接著BET-E表面活性劑以按重量3％的活性濃度加入到該溶液。
為了更好地反映出井處理期間凝膠被暴露的剪切環(huán)境，流變性用一組對應(yīng)于不同剪切速率的曲線代表(空心標(biāo)記表示沒有甲醇的凝膠，實心標(biāo)記表示有甲醇的凝膠；剪切速率分別為40、70和170的粘度分別用圓圈、正方形和三角形代表)。對于沒有甲醇的凝膠，曲線顯示從75°F到175°F的平坦的粘度，然后在從175°F到225°F的溫度下粘度劇烈下降，緊接著是從225°F到300°F下降的平坦區(qū)。第二組曲線代表用10％體積的甲醇制成的凝膠，粘度從75°F增加到200°F時，并且保持在平坦區(qū)直到250°F，接著緩慢的下降到300°F。
圖4顯示了與前圖3的凝膠類似的凝膠的粘度，因此含有3％的表面活性劑和28％的HCl，具有不同體積濃度的甲醇。六種測試的組合物分別包含沒有甲醇(0％)、1％、4％、6％、8％和10％。加入僅僅1％的甲醇就足夠顯著提高約200°F到250°F的溫度范圍下(約93℃到約120℃)的粘度；使用更高的甲醇粘度，溫度極限可以擴展到約300°F(約150℃)。對于測試的組合物，含有約6％和8％的甲醇的組合物獲得了最好的結(jié)果。更高的甲醇濃度導(dǎo)致較低溫度下凝膠粘度的下降。
圖5顯示了乙醇也能擴展使用凝膠的最高溫度但是是很小的擴展。圖5示出了用類似圖3和4所示的凝膠的凝膠所獲得的結(jié)果。虛線對應(yīng)于沒有醇的凝膠、空心正方形對應(yīng)于1％的甲醇、實心三角形對應(yīng)于1％的乙醇。
圖6顯示了用只含有15％HCl的溶液獲得的類似結(jié)果。乙醇沒有被證明為有效的，測試顯示在15％HCl中，當(dāng)酸消耗時，含有5％乙醇的溶液沒有凝膠化。
圖7和8顯示了用不含鹽酸的溶液所獲得結(jié)果，用以獲得與廢凝膠類似的粘度曲線。圖7顯示了加入異丙醇的效果，可以看出，雖然約2％的異丙醇可以取得好的性能，但該流體對異丙醇量的變化非常敏感。作為結(jié)果，在工作中任何異丙醇的蒸發(fā)將損害流體的性能。另一方面，加入甲醇將最小化溶劑蒸發(fā)的影響而不降低流體性能，如圖8所示。因此，通常優(yōu)選甲醇的濃度按體積計在約1％到約8％之間。
權(quán)利要求
1.處理地下烴類油藏的方法，其包含用處理流體接觸地層，該處理流體包含水溶液、酸、和作為凝膠劑的，基本上由瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿組成(或者其質(zhì)子化/去質(zhì)子化的同系物或其鹽)的表面活性劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述酸選自鹽酸、鹽酸和氫氟酸的混合物、乙酸和富馬酸。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述酸在所述流體中的濃度按重量計至少為15％。
4.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求的方法，其中該處理流體還包含有醇。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述醇選自甲醇、乙醇和異丙醇。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述醇是甲醇并且在所述流體中的濃度按體積計在0.1和10％之間。
7.權(quán)利要求4的方法，其中所述酸在所述流體中的濃度按重量計在3和28％之間。
8.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求的方法，其中該處理流體還包含選自腐蝕抑制劑、非乳化劑、鐵還原劑和螯合劑中的至少一種添加劑。
9.權(quán)利要求4的方法，其中所述瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿在所述流體中的濃度按重量計在1和4％之間。
10.權(quán)利要求4的方法包含用互溶劑接觸地層，然后用包含水溶液、酸、甲醇和瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿的處理流體與地層接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理地下烴類油藏的方法，其包含用處理流體接觸地層，該處理流體包含水溶液、酸、和作為凝膠劑的基本上由瓢兒菜酰胺基丙基甜菜堿組成(或者其質(zhì)子化/去質(zhì)子化的同系物或其鹽)的表面活性劑。所述處理流體可以還包含用于提高溫度穩(wěn)定性的低級正醇。
文檔編號C09K8/74GK1604987SQ02825239
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者弗蘭克·F·張, 付淀奎 申請人:索菲泰克公司